軟件化雷達波形庫技術研究

喬 凱 蔡興雨 董 國 王 旭

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

近年來，雷達系統所處的作戰環境越來越復雜，面臨的電磁干擾及雜波愈加多樣，這對雷達性能提出了更高的要求。同時，雷達需要滿足多任務的探測需求、多模式的功能需求，這要求雷達系統要有更高的靈活性。傳統雷達通常都是以硬件為核心，面向實際需求并圍繞實際功能來設計硬件，改變雷達功能時通常需要對硬件軟件都進行更改，需要耗費大量人力物力。顯然，以硬件為核心的傳統雷達不能滿足高靈活性、開放性的特點，雷達性能也會大幅受到硬件的約束。隨著微電子技術、大規模集成電路、數字化技術的飛速發展，雷達硬件水平也得到大幅提升，雷達逐漸向軟件化雷達的方向發展。

軟件化雷達具有多功能、可重構的技術特點，因此，在雷達正常工作時，需要根據需求選擇不同的控制參數來執行不同的探測任務，而提前建立好控制參數以供雷達選擇可以提升雷達的靈活性與可重構性。波形庫即是雷達不同探測模式下的不同控制參數的集合，以特定的存儲方式存儲于雷達的軟件系統中。雷達在工作時則可以根據任務和周圍環境信息，從雷達波形庫中選擇不同的波形參數，進而通過軟件系統對雷達硬件進行控制，執行不同的探測任務。

1 軟件化雷達

1.1 軟件化雷達架構

軟件化雷達是在通用的硬件平臺基礎上，通過對軟件的開發來實現不同的功能，其架構如圖1所示，雷達由物理層、中間層和軟件層構成，軟件層通過中間層的設備和操作系統來對物理層中的底層硬件進行控制[1]。

圖1 軟件化雷達分層架構

物理層為雷達的通用化硬件，包括雷達數字化射頻前端、通用處理計算刀片、顯控設備等，可以響應軟件對其發出的控制指令；中間層為雷達的各種標準化中間設備，包括操作系統、軟硬件中間接口、驅動設備等，可為雷達軟件與硬件的解耦提供平臺；軟件層為雷達的一系列控制軟件，由不同的軟件構件組成，包括終端顯控軟件、信息處理軟件等，負責完成雷達控制和基本軟件功能。

1.2 軟件化雷達技術特點

相比于傳統雷達，軟件化雷達更加強調對于軟件的開發，通過對軟件的更新迭代來實現不同的功能，主要有以下技術特點：

1)可重構性強。雷達可以重復利用雷達系統內的同一硬件資源，根據不同的功能和模式需求，改變自身的軟件架構來適配不同的功能。

2)靈活性高，適應性強。可通過對軟件進行重構和升級來改變和拓展功能，提高系統性能，更快適應不同戰場環境。

3)多功能性。雷達系統可通過修改軟件來實現不同功能，加強系統的集成性，提升雷達的戰斗力。

4)開發成本低。開發一新功能不需要重新對硬件進行設計，只需對軟件進行重新開發，可節省大量人力物力財力。

由軟件化雷達的技術特點可知，其各個硬件設備需要做到可受軟件控制。而波形庫可為雷達提供一系列的控制參數并供雷達自由調度，能夠很好地滿足軟件化雷達的功能需求，因此，在軟件化雷達中有必要對波形庫進行開發，使用波形庫。

2 波形庫技術

2.1 波形庫系統概述

不同于傳統雷達波形庫的概念，本文中所闡述的軟件化雷達波形庫為雷達不同控制參數的集合，以特定的架構、存儲方式存儲于雷達的軟件系統中。而且整個波形庫系統不單單只作為雷達波形存儲載體，還應當具有生成雷達波形、修改波形、查找波形、更新波形等基本功能。所以，在雷達開發過程中波形庫技術總的來說應當包括如下兩個方面：

1)波形庫的生成構建;

2)波形庫的維護。

圖2 波形庫技術組成

波形庫的構建應當確立波形庫的架構、參數等，此時應當建立起波形庫的初步系統；波形庫的維護主要為波形庫的后期開發工作，應當包括增加和刪除波形，查找雷達波形，批量更新波形等操作。

波形庫系統的開發應當貫徹軟件化的開發思想，從需求分析、架構設計、參數設計、軟件開發、系統測試、系統維護等方面著手，緊密結合雷達系統的開發過程，做到波形庫與雷達系統的高度適配，滿足軟件化雷達對可重構、多功能的要求。因此，軟件化雷達波形庫有以下幾個特點：

1)高度適配雷達系統;

2)緊密圍繞雷達需求;

3)軟件化開發思想;

4)靈活性高;

5)可持續性開發。

2.2 軟件化雷達工作方式

軟件化雷達中的工作方式如圖3所示，基于構件化的軟件化雷達思想，雷達各部分由一系列構件系統組成[2]。雷達正常工作時，用戶首先通過顯控終端的人機交互系統，選擇雷達工作的方式，之后控制系統將指令發送給中心控制機；中心控制機收到終端的指令后，選擇出最匹配的子任務波形參數并調度，并將控制指令發送與信息處理機；信息處理機再根據控制參數從波形庫中選擇出相對應的一系列波形參數的具體數據，經過處理后發于雷達前端，前端執行相關發射任務，雷達完成一系列的發射。

圖3 軟件化雷達工作方式

接收時，雷達射頻前端從空間中接收到回波及雜波信息，經過雷達處理機進行信息處理送至雷達中心控制計算機與顯控終端；控制計算機接收到包含回波和周圍環境信息的處理信息包，根據處理信息選擇出需要執行的下一個雷達子任務，并調度發送控制指令，執行下一輪發射控制；顯控終端接收到經信息處理機處理后的信息包后，經過解析，將目標點跡、航跡等顯示于顯示系統中，供用戶查看。

波形庫存于雷達中心控制計算機與雷達信息處理軟件系統中，在雷達需要擴充新的功能完成新的探測任務時，只需要從波形庫中由不同波形組合出新的子任務或者擴充波形庫，中心控制機對其重新調度即可；當需要修改雷達控制參數，也只需要修改波形庫中的波形參數，中心控制機正常調度，而不需要修改信息處理、終端顯控的軟硬件程序。因此，波形庫在軟件化雷達中的意義如下：

1)對雷達控制參數進行集成，便于雷達控制與后期升級維護。

2)進一步推動雷達的軟件化與智能化發展。雷達可建立一系列算法準則，通過軟件在不同情形下自動調用波形庫中的不同波形，進行不同模式不同參數下的探測，實現智能化。

3)增強雷達的可重構能力。主要體現在雷達軟件可重構，波形庫中的波形可以進行復用，組成雷達不同的子任務控制參數，對雷達進行新的控制，完成不同的子任務。

4)提升雷達靈活性。僅通過改變波形庫中波形的參數，對波形進行重新組合，雷達中心控制機進行重新調用，就可快速切換雷達的功能；添加新的波形并組合新的雷達子任務，可實現雷達新功能，大幅提升雷達的靈活性[3]。

3 波形庫的開發

3.1 波形庫開發概述

波形庫的開發與整個雷達系統的開發為兩個并行的過程，如圖4所示。對波形庫系統的開發應當在雷達進行需求分析時就應當開始考慮，并貫穿整個雷達開發過程的始終。在雷達開發的過程中，獲取波形庫的開發需求，需要從雷達架構和軟件硬件環境的基礎上確立；在對雷達的開發與調試過程中，難免需要對雷達的功能和需求進行修改，因此不可避免地也要對波形庫進行持續的開發和維護。

圖4 波形庫開發過程

不同雷達的需求、體制、架構都由差異，因此，要根據不同雷達設計不同的波形庫[4]。對于波形庫的設計過程，可類似于軟件設計過程，再結合雷達自身需求，根據雷達設計的各個階段同步進行設計。大致可分為需求分析、架構確立、參數確立、構建、維護這五個步驟，具體流程為：

1)需求分析。對波形庫的需求分析過程建立在雷達系統的需求之上，在建立波形庫前期，需要對此波形庫針對的雷達進行全方位的分析，確定雷達的需求，由雷達的需求來確立波形庫在此雷達中需要完成什么樣的任務，以確定波形庫的需求。

2)架構設計。在對波形庫進行架構設計時，也應當結合雷達系統的硬件及軟件，對波形庫所處的雷達環境進行適配，保證架構合理，能夠在雷達系統中正常工作，滿足系統要求。

3)參數確立。波形庫中的參數類型、參數數值的確立也需要緊密結合雷達系統。在雷達系統進行完軟件及硬件設計后，根據雷達系統的指標，雷達系統可控制的參數進行波形庫參數的選擇和確立[5]。

4)波形庫建立。在架構及參數確立后，需要結合雷達的軟件系統，選擇波形庫的存儲方式，對波形庫進行構建。構建起來的波形庫需要做到可被雷達調用，能生成雷達可用的控制指令。

5)波形庫維護。雷達系統需要進行不斷的調試與完善，因此波形庫也需要根據雷達的變化來不斷進行維護和調整，包括參數的改變、波形的添加與修改、庫的更新等操作，波形庫系統都應該具備。

在對波形庫進行開發的過程中，需要時刻緊密結合整個雷達系統，根據開發所處的環境進行針對設計。波形庫的架構需滿足雷達軟件系統的調用需求，波形庫的參數需根據雷達的傳輸協議來進行詳細制定，波形庫參數的具體數值需根據雷達各性能指標進行詳細計算，滿足雷達需求[6]。

3.2 波形庫架構設計

波形庫可采用分層的體系架構，如圖5所示。最頂層為波形庫整個系統，它可包含一個或多個雷達的波形參數，部署于不同的雷達中，不同的雷達可根據其自身需求合理調用其需要的波形；雷達層為實際工作中不同的雷達，每部雷達中都存儲有波形庫，其中包含有其需要的波形參數；子任務層為雷達在正常工作時所需要執行的不同子任務，對于不同雷達有不同的子任務，與雷達的需求和功能相關[7]；波形層為波形庫的最底層，由一系列雷達參數構成，根據雷達需要控制的參數來制定。

圖5 波形庫架構

波形可以自由進行組合組成不同的子任務，不同子任務也可進行任意組合組成不同雷達的不同參數。在正常工作時，雷達首先從波形庫中找出屬于自己的波形集，之后再根據任務和環境信息，選擇出適合需求的子任務，之后調用子任務集合，并執行相應的波形參數控制。

3.3 波形庫參數設計

對于波形參數的設計，需要充分考慮雷達的硬件與軟件的總體設計，考慮波形參數在雷達中是否可做到可控，是否需要對這些參數進行控制。雷達的波形參數可分為時域參數、頻域參數和空域參數三大類,如圖6所示。

圖6 波形參數結構圖

雷達波形參數可分為時域參數、頻域參數和空域參數，分別可對雷達天線、雷達前端等進行控制，可滿足雷達工作時的控制需求。

4 結束語

隨著軟件化雷達的技術發展，對于波形庫的設計與構建方法的研究也顯得愈發重要起來。對于波形庫的開發，也是雷達“軟實力”的體現，對于提升雷達的可重構性、靈活性有很大意義。本文對軟件化雷達的架構及波形庫的構建方法進行詳細描述，并對波形庫的架構及參數進行了設計，對后續波形庫的進一步開發具有實際的指導意義。